DE10349322A1

DE10349322A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE10349322A1
Application number: DE10349322A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawai
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2004-05-27
Also published as: CN1499640A; KR20040038771A; TW200409347A; JP2004152864A; US20040080051A1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält: ein Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptoberfläche (1a); eine Zwischenlagenisolierschicht (6), die auf der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet ist, mit einer Deckfläche (6a) und einem Kontaktloch (7), das das Halbleitersubstrat (1) erreicht; eine Leitschicht (11), die das Kontaktloch (7) füllt, mit einer Seitenfläche (10b) und einer Deckfläche (10a), die sich von der Seitenfläche (10b) aus erstreckt; eine Grundelektrode (13), die in Kontakt mit der Deckfläche (10a) und der Seitenfläche (10b) der Leitschicht (11) bereitgestellt ist; eine dielektrische Schicht (14), die auf der Grundelektrode (13) bereitgestellt ist; und eine Deckelektrode (15), die auf der dielektrischen Schicht (14) bereitgestellt ist. Der Abstand der Deckfläche (10a) der Leitschicht (11) von der Hauptoberfläche (1a) des Siliziumsubstrats (1) ist größer als derjenige der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6). Die Halbleitervorrichtung kann mikrogefertigt werden, und es kann auch ein gewünschter Kondensatoraufbau erzielt werden, um die Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf solche mit einem Kondensator.
Da in den letzten Jahre Halbleitervorrichtungen, insbesondere dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM), durch Mikrofertigung hergestellt werden, wird häufig ein Zylinderkondensatoraufbau verwendet, mit dem eine effektive Kondensatorfläche relativ zu der projizierten Speicherzellenfläche erhöht werden kann. Bei diesem Zylinderkondensatoraufbau sind eine zylindrische Grundelektrode, eine dielektrische Schicht und eine Deckelektrode, die eine Oberfläche der Grundelektrode abdeckt, in Schichten gestapelt. So ein Zylinderkondensatoraufbau wird in einer Halbleitervorrichtung verwendet, wie er z.B. in der Patentoffenlegungsschrift JP 2002-76141 als Stand der Technik offenbart ist.
Wie in dem obigen Dokument offenbart, enthält die herkömmliche Halbleitervorrichtung: ein Halbleitersubstrat; eine Zwischenla genisolierschicht, die auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt ist und ein Kontaktloch aufweist, das eine Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats erreicht; eine Polysiliziumpfropfenschicht, die einen Abschnitt des Kontaktlochs füllt; eine Barrierenmetallschicht, die den verbleibenden Abschnitt des Kontaktlochs füllt; eine zylindrische Grundelektrode, die auf einer Deckfläche der Zwischenlagenisolierschicht in Kontakt mit der Barrierenmetallschicht bereitgestellt ist; eine TaON-Schicht, die auf der Grundelektrode bereitgestellt ist; und eine Deckelektrode, die auf der TaON-Schicht bereitgestellt ist. Die Grundelektrode ist aus Ruthenium (Ru) gebildet. Die Grundelektrode, die TaON-Schicht und die Deckelektrode bilden zusammen einen Kondensator. Die Barrierenmetallschicht ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche in derselben Ebene liegt wie die der Zwischenlagenisolierschicht.
Diese Halbleitervorrichtung wird wie im Folgenden beschrieben hergestellt. Auf dem Halbleitersubstrat wird in der Zwischenlagenisolierschicht ein Kontaktloch bereitgestellt, um einen Abschnitt der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats freizulegen. Das Kontaktloch wird anfänglich mit dem Pfropfenpolysilizium und dann mit der Barrierenmetallschicht aus Titan (Ti) / Titannitrid (TiN) gefüllt, die nacheinander in Schichten gestapelt werden. Die jeweiligen Deckflächen der Zwischenlagenisolierschicht und der Barrierenmetallschicht sind mit einer aufgedampften Deckoxidschicht bedeckt. Um einen Kondensatorbereich zu begrenzen, ist die Deckoxidschicht so strukturiert, dass die jeweiligen Deckflächen der Barrierenmetallschicht und der Zwischenlagenisolierschicht teilweise freigelegt sein können.
Auf einer gesamten oberen Fläche der strukturierten Deckoxidschicht wird eine aufgedampfte Rutheniumschicht bereitgestellt, um als Grundelektrode zu dienen. Die Rutheniumschicht wird chemisch-mechanisch poliert (CMP), um eine Deckfläche der Deckoxidschicht freizulegen. So wird eine zylindrische Grundelekt rode aus Ruthenium gebildet. Die Deckoxidschicht wird entfernt. Auf der Grundelektrode wird eine TaON-Schicht mit höherer Dielektrizitätskonstante abgeschieden. Auf der TaON-Schicht wird eine Deckelektrode gebildet.
Wenn eine Halbleitervorrichtung mit einem solchen Zylinderkondensator bei der Herstellung weiter miniaturisiert wird, muss die Höhe des Kondensators erhöht werden, um seinen Kapazitätswert sicherzustellen. Somit neigt das Seitenverhältnis des Kondensators zum Ansteigen, und die Grundelektrode wird so gebildet, dass sie eine größere Höhe und eine schmalere Geometrie aufweist.
Die Grundelektrode mit einer kleineren Geometrie kontaktiert jedoch die Barrierenmetallschicht und die Zwischenlagenisolierschicht über eine verringerte Fläche und hat somit einen schlechten Kontakt mit ihnen. Somit kann sich die Grundelektrode angefangen von den Schritten des Formens der Grundelektrode und des Entfernens der Deckoxidschicht bis hin zu dem aufeinanderfolgenden Bilden der TaON-Schicht und der Elektrode auf der Grundelektrode von der Deckfläche der Barrierenmetallschicht und der Zwischenlagenisolierschicht ablösen und zusammenfallen.
Weiterhin ist die Grundelektrode aus Metall ausgebildet, um die Kapazität des Kondensators zu verbessern. Verglichen mit dem Kontakt zwischen Polysilizium ist der zwischen Polysilizium und Metall schlechter. Somit erhöht das Ausbilden der Grundelektrode aus Ruthenium direkt auf einem Pfropfenpolysilizium anstelle einer Verwendung der Barrierenmetallschicht die Wahrscheinlichkeit weiter, dass die Grundelektrode zusammenfällt. Wenn die Grundelektrode während des Vorgangs zum Herstellen der Halbleitervorrichtung zusammenfällt, bewirkt das, dass der Kondensator nicht arbeitet, dass benachbarte Kondensatoren kurzgeschlossen werden oder dass sie als Fremdmaterial wirkt und unvorteilhaft erweise einen negativen Einfluss auf die Halbleitervorrichtung ausübt.

Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile zu beheben, es zu ermöglichen, dass eine Halbleitervorrichtung mikrofabriziert werden kann und einen gewünschten Kondensatoraufbau zu gewinnen, um die Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, 6, 11 oder 13. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Halbleitervorrichtung enthält: ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche; eine Zwischenlagenisolierschicht, die auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist mit einer Deckfläche und einem Loch, das das Halbleitersubstrat erreicht; eine Leitschicht, die das Loch füllt, mit einer Seitenfläche und einer Deckfläche, die sich von der Seitenfläche aus erstreckt; eine Grundelektrode, die in Kontakt mit der Deckfläche und der Seitenfläche der Leitschicht bereitgestellt ist; eine dielektrische Schicht, die auf der Grundelektrode bereitgestellt ist; und eine Deckelektrode, die auf der dielektrischen Schicht bereitgestellt ist. Der Abstand der Deckfläche der Leitschicht von der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ist größer als derjenige der Deckfläche der Zwischenlagenisolierschicht.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
1 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 bis 9 Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung;
10 bis 12 jeweils Querschnitte einer Halbleitervorrichtung nach einer zweiten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 bis 15 Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen der in 12 dargestellten Halbleitervorrichtung;
16 und 17 jeweils Querschnitte einer Halbleitervorrichtung nach einer fünften und sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 bis 21 Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen der in 17 dargestellten Halbleitervorrichtung;
22 bis 25 jeweils Querschnitte einer Halbleitervorrichtung nach einer siebten bis zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 bis 30 Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen der in 25 dargestellten Halbleitervorrichtung;
31 bis 34 jeweils Querschnitte einer Halbleitervorrichtung nach einer elften bis vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
35 eine perspektivische Ansicht einer in 34 dargestellten Grundelektrode mit Blickrichtung nach unten;
36 bis 42 Querschnitte zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen der in 34 dargestellten Halbleitervorrichtung;
43 eine Draufsicht auf eine Grundelektrode und eine Isolierschicht in einer in 42 durch einen Pfeil XLIII angezeigten Richtung.
Mit Bezug auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, enthält die Halbleitervorrichtung einen Zylinderkondensator, der durch eine als Zylinder ausgebildete Grundelektrode 13, eine entlang einer Oberfläche der Grundelektrode 13 ausgebildete dielektrische Schicht 14 und eine zum Bedecken der dielektrischen Schicht 14 ausgebildeten Deckelektrode 15 aufgebaut ist.
Auf einem Siliziumsubstrat 1 sind an einer Hauptoberfläche 1a Gateelektroden 4a und 4b in einem vorbestimmten Abstand ausgebildet, wobei Gateisolierschichten 3a und 3b dazwischenliegen. Die Gateelektroden 4a und 4b werden gebildet, indem anfänglich Polysilizium und dann Wolframsilizid (WSi) in Schichten gestapelt wird. Die Gateelektroden 4a und 4b können auch aus Polysilizium/Wolframnitrid(WN)/Wolfram(W) oder Polysilizium/Titannitrid(TiN)/Wolfram in Schichten gestapelt ausgebildet sein. Zwischen den Gateelektroden 4a und 4b ist in der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 ein n-dotierter Bereich 2 ausgebildet. Die Deckflächen der Gateelektroden 4a und 4b sind jeweils mit Isolierschichtmasken 5a und 5b aus einer Siliziumnitridschicht versehen.
Eine Zwischenlagenisolierschicht 6 ist bereitgestellt, um jeweils die Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 und die Deckflächen der Isolierschichtmasken 5a und 5b zu bedecken. Die Zwischenlagenisolierschicht 6 ist aus einer Siliziumoxidschicht gebildet, z.B. indem anfänglich Tetraethylorthosilikat (TEOS), dann Borphosphotetraethylorthosilikat (BPTEOS) darauf, und dann TEOS darauf in Schichten gestapelt werden. Die Zwischenlagenisolierschicht 6 ist mit einem Kontaktloch 7 versehen, das den dotierten Bereich 2 erreicht. Das Kontaktloch 7 ist mit dotiertem Polysilizium gefüllt, um eine Pfropfenelektrode 8 zu bilden. Die Pfropfenelektrode 8 ist so gebildet, dass sie eine obere Fläche in derselben Ebene wie die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 aufweist.
Auf der Deckfläche 6a ist eine Barrierenmetallschicht 10 aus Tantalnitrid (TaN) im Kontakt mit der Pfropfenelektrode 8 ausgebildet. Die Barrierenmetallschicht 10 bedeckt die Deckfläche der Pfropfenelektrode 8 vollständig. Die Barrierenmetallschicht 10 kann auch aus Titan (Ti), Tantal (Ta), Titannitrid (TiN), Titanwolfram (TiW), Wolframnitrid (WN), Wolfram-Titannitrid (WTiN), Zirkoniumnitrid (ZrN), Titanoxynitrid (TiON) oder dergleichen ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Barrierenmetallschicht 10 gebildet sein: indem anfänglich Titan und dann darauf Titannitrid gestapelt wird; indem anfänglich Titan und dann darauf Titannitrid und dann darauf Titan gestapelt wird, oder indem anfänglich Tantalnitrid und dann darauf Tantal in Schichten gestapelt wird. Die Barrierenmetallschicht 10 hat eine Deckfläche 10a, die parallel zu der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 und auf einem höheren Niveau als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist, und eine Seitenfläche 10b, die sich von der Deckfläche 10a aus zu der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 hin erstreckt. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschicht 10 bilden zusammen die Leitschicht 11.
Auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist an der Deckfläche 6a eine Ätzstoppschicht 12 ausgebildet, die ein Loch mit einer Öffnung an einer von der Seitenoberfläche 10b des Barrierenmetalls 10 entfernten Stelle aufweist. Die Ätzstoppschicht 12 ist aus eine Siliziumnitridschicht ausgebildet. Auf der Deckfläche 6a ist die Grundelektrode 13 (ein Speicherknoten) aus Ruthenium (Ru) ausgebildet. Die Grundelektrode 13 ist in Kontakt mit der Deck- und Seitenfläche 10a, 10b der Barrierenmetallschicht 10 und einem Abschnitt der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ausgebildet. Die Grundelektrode 13 ist so gebildet, dass sie die Seitenoberfläche 10b der Barrierenmetallschicht 10 umschließt. Die Grundelektrode 13 hat eine zylindrische Geometrie mit einem offenen oberen Abschnitt, und ihr Zylinderabschnitt ist so ausgebildet, dass er sich in einer Richtung weg von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 erstreckt. Die Grundelektrode 13 kann aus Platin (Pt), Indium (In), Gold (Au), Silber (Ag) oder dergleichen ausgebildet sein.
Die Grundelektrode 13 und die Ätzstoppschicht 12 sind mit einer dielektrischen Schicht 14 aus Ta₂O₅bedeckt. Die dielektrische Schicht 14 ist mit einer Deckelektrode 15 (einer Zellplatte) aus Ruthenium bedeckt. Es sei angemerkt, dass die dielektrische Schicht 14 aus SiO₂, SiN, BST (Barium/Strontium-Titanoxid (Ba, Sr) TiO₃) , Aluminiumoxid (Al₂O₃) , Hafniumoxid (HfO₂) oder Blei-Zirkoniumoxid-Titanoxid (PZT) ausgebildet sein kann. Weiterhin kann die. Deckelektrode 15 aus Titannitrid (TiN), Platin (Pt), Iridium (Ir), Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Gold (Au) ausgebildet sein. In diesem Beispiel wird für die dielektrische Schicht 14 und die Deckelektrode 15 stellvertretend eine Kombination von Ta₂O₅/TiN, BST/Pt oder PZT/PT verwendet.
Das Ausbilden der Grundelektrode 13 aus Metall kann einen Kondensator mit einem besseren Kapazitätswert liefern als das Ausbilden der Grundelektrode 13 aus Polysilizium, und zwar aus dem folgenden Grund: Im allgemeinen basiert die dielektrische Schicht auf einer Oxidschicht. Wenn eine Grundelektrode aus Polysilizium ausgebildet ist und die dielektrische Schicht abgeschieden wird, wird demnach eine Oberfläche der Grundelektrode oxidiert. Der oxidierte Abschnitt der Grundelektrode wirkt als dielektrische Schicht. Dementsprechend weist die dielektrische Schicht eine erhöhte effektive Dicke auf. Es ist allgemein bekannt, dass ein Kondensator einen Kapazitätswert aufweist, der umgekehrt proportional zu der Dicke der dielektrischen Schicht ist. Dementsprechend hat der Kondensator einen verringerten Kapazitätswert. Das Ausbilden der Grundelektrode 13 aus Metall kann dagegen eine solche Verschlechterung verhindern. Es sei angemerkt, dass oxidiertes Ruthenium auch leitend ist und dass Platin kaum oxidiert wird, und dementsprechend sei besonders angemerkt, dass die Grundelektrode aus Ruthenium und Platin ausgebildet ist.
Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Grundelektrode 13 und der Pfropfenelektrode 8 eine Barrierenmetallschicht 10 eingeschoben. Wenn die Barrierenmetallschicht 10 nicht eingeschoben wäre, würden die Grundelektrode 13 und die Pfropfenelektrode 8 direkten Kontakt zueinander haben und eine Reaktion zwischen Metall und Polysilizium wäre ein Thema. Insbesondere wenn in Kontakt miteinander stehendes Metall und Polysilizium auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, wird an ihrer Grenzfläche eine Reaktion bewirkt, und es bildet sich Metall-Silizium (Metallsilizid). Typischerweise absorbiert das Metall das Silizium, und in dem Polysilizium (der Pfropfenelektrode 8) würde eine Fehlstelle bzw. Kavität auftreten. Die Pfropfenelektrode 8 und die Grundelektrode 13, die einander in einer Ebene mit einer Fehlstelle bzw. Kavität berühren, würden sich über eine verringerte Fläche berühren und somit einen schlechten Kontakt zueinander aufweisen. Weiterhin ist auch der Kontaktwiderstand zwischen der Grundelektrode 13 und der Pfropfenelektrode 8 unvorteilhaft erhöht.
Eine solche Verschlechterung, wie sie oben beschrieben ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform durch Bereitstellen der Barrierenmetallschicht 10 verhindert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenfalls anwendbar, wenn kein Barrierenmetall 10 bereitgestellt ist. Das kann einfach dadurch erreicht werden, dass die Pfropfenelektrode 8 so ausgebildet wird, dass sie eine Deckfläche auf einem höheren Niveau als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 aufweist und dass die Pfropfenelektrode 8 mit der Grundelektrode 13 bedeckt wird.
Die vorliegende Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform enthält: ein Siliziumsubstrat 1 mit einer Hauptoberfläche 1a, das als Halbleitersubstrat dient; eine auf der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrat 1 bereitgestellte Zwischenlagenisolierschicht 6 mit einer Deckfläche 6a und einem Kontaktloch als Loch 7, das bis zu dem Siliziumsubstrat 1 reicht; eine Leitschicht 11, die das Kontaktloch 7 füllt, mit einer Seitenfläche 10b und einer Deckfläche 10a, die sich bis zur Seitenfläche 10b erstreckt; eine Grundelektrode 13, die in Kontakt mit der Deck- und Seitenfläche 10a und 10b der Leitschicht 11 bereitgestellt ist; eine dielektrische Schicht 14, die auf der Grundelektrode 13 bereitgestellt ist; und eine Deckelektrode 15, die auf der dielektrischen Schicht 14 bereitgestellt ist. Die Leitschicht 11 weist eine Deckfläche 10a auf, die weiter von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 entfernt ist als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6.
Die Leitschicht 11 enthält eine Barrierenmetallschicht 10, die in Kontakt zu der Grundelektrode 13 bereitgestellt ist und anstelle von Tantalnitrid zumindest ein Material enthält, das aus der Gruppe von Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Titanwolfram, Wolframnitrid, Wolfram-Titannitrid, Zirkoniumnitrid und Titanoxynitrid ausgewählt ist. Die Grundelektrode 13 enthält Ruthenium als Metall.
Während die Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform einen zylindrischen Kondensator enthält, sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung wird insbesondere angewendet auf Halbleitervorrichtungen, die eine Grundelektrode mit einem Seitenverhältnis (Höhe der Elektrode/Breite der Elektrode) von nicht weniger als 1 enthalten.
Im folgenden wird mit Bezug auf 1 bis 9 ein Verfahren zum Herstellen der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, wird auf dem Siliziumsubstrat 1 auf der Hauptoberfläche 1a eine Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von ungefähr einigen nm gebildet. Darauf wird zunächst eine Polysiliziumschicht abgeschieden, und anschließend wird darauf eine Wolframsilizidschicht abgeschieden. Weiterhin wird darauf eine Siliziumnitridschicht gebildet. Eine (nicht dargestellte) Resistschicht mit einem vorbestimmten Öffnungsmuster wird gebildet. Unter Verwendung der Resistschicht als Maske wird die Siliziumnitridschicht geätzt, um die Isolierschichtmasken 5a und 5b zu bilden. Unter Verwendung der Masken 5a und 5b als Maske werden die Polysiliziumschicht und die Wolframsilizidschicht geätzt, um die Gateelektroden 4a und 4b mit einer vorbestimmten Geometrie zu bilden, wobei die Gateisolierschicht 3 dazwischenliegt. Unter Verwendung der Masken 5a und 5b als Maske empfängt das Siliziumsubstrat 1 an der Hauptoberfläche 1a Phosphor, Arsen oder ein ähnliches darin eingeführtes Dotiermittel, um den n-dotierten Bereich 2 zu bilden.
Wie in 3 dargestellt, werden die Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 und die jeweiligen Deckflächen der Masken 5a und 5b mit TEOS, BPTEOS und TEOS bedeckt, die nacheinander abgeschieden werden, um die Zwischenlagenisolierschicht 6 aus einer Siliziumoxidschicht zu bilden. Auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 wird eine (nicht dargestellter) Resistschicht bereitgestellt mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie. Unter Verwendung dieser Resistschicht als Maske wird die Zwischenlagenisolierschicht 6 geätzt, um das Kontaktloch 7 zu bilden, das den Dotierungsbereich 2 erreicht. Mit einer abgeschiedenen dotierten Polysiliziumschicht wird das Kontaktloch 7 gefüllt und die Deckfläche 6a bedeckt. Die dotierte Polysiliziumschicht wird chemisch-mechanisch poliert oder zurückgeätzt und entfernt, um die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 freizulegen, während die dotierte Polysiliziumschicht weiterhin in dem Kontaktloch 7 verbleiben kann. Somit wird in dem Kontaktloch 7 die Pfropfenelektrode 8 gebildet.
Wie in 4 und 5 dargestellt, wird die Barrierenmetallschicht 10 gebildet. Insbesondere wird auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 auf der Deckfläche 6a eine Metallschicht aus Tantalnitrid abgeschieden. Auf der Metallschicht wird eine (nicht dargestellte) Resistschicht mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet. Unter Verwendung dieser Resistschicht als Maske wird die Metallschicht geätzt, um die Barrierenmetallschicht 10 mit einer vorbestimmten Geometrie zu bilden.
Wie in 6 dargestellt, werden auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 eine Ätzstoppschicht 12 aus Siliziumnitrid und eine Zwischenlagenisolierschicht 21 aus einem unter Verwendung von TEOS oder dergleichen als Rohmaterial gebildeten Siliziumoxid nacheinander abgeschieden. Darauf wird eine (nicht dargestellte) Resistschicht mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet. Unter Verwendung dieser Resistschicht als Maske werden die Siliziumoxidschicht und die Siliziumnitridschicht geätzt, um ein Kontaktloch 18 zu bilden, das mit einer vorbestimmten Geometrie geöffnet ist.
Wie in 7 dargestellt, wird die Grundelektrode 13 gebildet. Genauer gesagt werden eine Oberfläche des Kontaktlochs 18 und eine Deckfläche 21 der Zwischenlagenisolierschicht 21 mit einer Metallschicht aus abgeschiedenem Ruthenium bedeckt.
Wie in 8 dargestellt, wird die Metallschicht aus Ruthenium chemisch-mechanisch poliert oder trocken- bzw. nassgeätzt, um die Deckfläche 21a der Zwischenlagenisolierschicht 21 freizulegen. Wenn sie trockengeätzt wird, wird sie in einem Plasma unter Verwendung von O₂/Cl₂-Gas geätzt. Es sei angemerkt, dass die Grundelektrode 13 zufriedenstellend in einem Plasma unter Verwendung von Cl₂/Ar-Gas geätzt werden kann, wenn sie aus Platin ausgebildet ist.
Weiterhin kann eine Vertiefung, die durch eine Metallschicht begrenzt ist, die in dem in der Zwischenlagenisolierschicht 21 gebildeten Kontaktloch 18 angeordnet ist, mit einer organischen Schutzschicht gefüllt werden, um ein Entfernen der Metallschicht zu verhindern. So wird die Grundelektrode 13 mit einer zylindrischen Geometrie gebildet.
Wie in 9 dargestellt, wird eine wässrige Lösung von Flusssäure verwendet, um die Zwischenlagenisolierschicht 21 von der Ätzstoppschicht 12 wegzuätzen. Da die aus einer Siliziumoxidschicht gebildete Zwischenlagenisolierschicht 21 durch Nassätzen entfernt wird, kann relativ zu dem Ruthenium und der Siliziumnitridschicht eine höhere Ätzselektivität erreicht werden als beim Trockenätzen der Zwischenlagenisolierschicht 21. Somit kann auf maximale Weise eine Beschädigung der Grundelektrode 13 und der Ätzstoppschicht 12 verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass bei Ansicht der Pfropfenelektrode 8, der Barrierenmetallschicht 10 und der Grundelektrode 13 in einem Schnitt in einer Ebene parallel zu der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 die Pfropfenelektrode 8 die kleinste Fläche aufweist, wie durch die Länge eines Pfeils 26 dargestellt, die Barrierenmetallschicht 10 die zweitkleinste Fläche aufweist, wie durch die Länge eines Pfeils 27 dargestellt, und die Grundelektrode 13 die größte Fläche aufweist, wie durch die Länge eines Pfeils 28 dargestellt. Wie in 1 dargestellt, werden die Grundelektrode 13 und die Ätzstoppschicht 12 mit einer dünnen Schicht aus abgeschiedenem Ta₂O₅ bedeckt, um die dielektrische Schicht 14 zu bilden. Die dielektrische Schicht 14 wird mit einer Schicht aus abgeschiedenem Ruthenium bedeckt, um die Deckelektrode 15 zu bilden. Somit ist die in 1 dargestellte Halbleitervorrichtung fertiggestellt.
In der so aufgebauten Halbleitervorrichtung ist die Grundelektrode 13 so bereitgestellt, dass sie die auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnete Leitschicht einschließt. Genauer gesagt ist die Grundelektrode 13 so bereitgestellt, dass sie die Seitenoberfläche 10b der als Bestandteil der Leitschicht 11 dienenden Barrierenmetallschicht 10 umschließt. Weiterhin liegt die Deckfläche 10a der Barrierenmetallschicht 10 auf einem höheren Niveau als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Somit kann die Barrierenmetallschicht 10 gesehen in einer Ebene parallel zu der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 eine größere Querschnittsfläche aufweisen als das Kontaktloch 7. Somit können auch wenn die Mikrofertigung einer Halbleitervorrichtung ein Kontaktloch 7 mit einer Öffnung mit einer begrenzten Fläche bewirkt, die Grundelektrode 13 und die Barrierenmetallschicht 10 trotzdem über eine größere Fläche und somit fester miteinander Kontakt haben.
Somit kann während eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung verhindert werden, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablöst und zusammenfällt. Somit kann ein gewünschter Kondensatoraufbau verwirklicht werden, und eine in hohem Maße zuverlässige Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden. Weiterhin kann die Grundelektrode 13 ein größeres Seitenverhältnis (Höhe der Elektrode/Breite der Elektrode) aufweisen, und die Halbleitervorrichtung kann somit mikrogefertigt werden.
Eine zweite Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der ersten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 10 dargestellt, ist das Kontaktloch 7 z.B. mit dotierten Polysilizium gefüllt, um die Pfropfenelektrode 8 bereitzustellen. Die Pfropfenelektrode 8 ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche auf einem niedrigeren Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Ein Abschnitt des Kontaktlochs 7, der frei ist von der Pfropfenelektrode 8, ist mit Tantalnitrid gefüllt, um eine Barrierenmetallschicht 10n bereitzustellen. Die Barrierenmetallschicht 10n ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche in derselben Ebene liegt wie die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist eine Barrierenmetallschicht 10m in Kontakt mit der Barrierenmetallschicht 10n ausgebildet, die dieselbe Geometrie aufweist wie die in 1 dargestellte Barrierenmetallschicht 10. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschichten 10n und 10m bilden zusammen die Leitschicht 11.
Bei der Halbleitervorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Leitschicht 11 eine Bar rierenmetallschicht, die in Kontakt mit der Grundelektrode 13 bereitgestellt ist und eine Barrierenmetallschicht 10n enthält, die zum Bilden des Kontaktlochs 7 gebildet ist.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann genauso wirkungsvoll sein wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich kann die einen Abschnitt des Kontaktlochs 7 füllende Barrierenmetallschicht 10n verhindern, dass sich die Barrierenmetallschichten 10n und 10m von der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablösen.
Eine dritte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der ersten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 11 dargestellt, ist das Kontaktloch 7 z.B. mit dotierten Polysilizium gefüllt, um die Pfropfenelektrode 8 bereitzustellen. Die Pfropfenelektrode 8 ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche auf einem niedrigeren Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Eine Deckfläche der Pfropfenelektrode 8, eine Seitenwand des Kontaktlochs 7 und ein Abschnitt der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 sind mit der Barrierenmetallschicht 10 bedeckt. Die Barrierenmetallschicht 10 hat eine Deckfläche 10a, die auf einem höheren Niveau als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist, und eine Seitenfläche 10b, die sich von der Deckfläche 10a aus zu der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 hin erstreckt. Die Barrierenmetallschicht 10 hat eine Vertiefung 25 mit einer Öffnung an der Deckfläche 10a. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschicht 10 bilden zusammen die Leitschicht 11. Die Grundelektrode 13 kontaktiert die Deck- und Seitenfläche 10a, 10b und füllt auch die Vertiefung 25.
In der Halbleitervorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Leitschicht 11 eine Vertiefung 25 auf mit einer Öffnung an der Deckfläche 10a, die als Deckfläche der Leitschicht 11 dient. Die Grundelektrode 13 ist so ausgebildet, dass sie die Vertiefung 25 füllt.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann genauso wirkungsvoll sein wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich ermöglicht es die Barrierenmetallschicht 10 mit der Vertiefung 25, dass die Grundelektrode 13 und die Barrierenmetallschicht 10 einander über eine größere Fläche und somit fester kontaktieren. Weiterhin ist die Grundelektrode 13 in eine Geometrie eingepasst, die aus einem Vorsprung und einer Vertiefung gebildet sind, die von den Seiten- und Deckflächen 10b, 10a der Barrierenmetallschicht 10 und einer Oberfläche der Barrierenmetallschicht 10 gebildet werden, die die Vertiefung 25 begrenzt. Diese Gründe stellen weiter sicher, dass während des Vorgangs zum Herstellen der Halbleitervorrichtung verhindert werden kann, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablöst und zusammenfällt.
Eine vierte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der ersten Ausführungsform in dem Aufbau der Barrierenmetallschicht 10 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 12 dargestellt, weist die Barrierenmetallschicht 10 eine Deckfläche 10a mit einer unebenen Geometrie auf. Die Grundelektrode 13 ist so ausgebildet, dass sie an die Deckfläche 10a mit der unebenen Geometrie ankoppelt.
In der vorliegenden Halbleitervorrichtung nach der vierten Ausführungsform hat die Deckfläche 10a, die als Abschnitt der Leitschicht 11 dient, der die Grundelektrode 13 kontaktiert, eine unebene Geometrie.
Die in 2 bis 4 dargestellten Schritte des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform werden gefolgt von den in 13 bis 15 dargestellten Schritten. Anschließend folgen die in 6 bis 9 dargestellten Schritte des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform und der in 1 dargestellte Schritt. Im folgenden werden die sich überschneidenden Herstellungsschritte nicht beschrieben.
Wie in 13 dargestellt, wird die Barrierenmetallschicht 10 wie folgt gebildet: auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 wird auf der Deckfläche 6a eine Metallschicht aus amorphem Tantalnitrid abgeschieden. Auf einer Oberfläche der Metallschicht werden Ta-Partikel 31 aufgebracht. Die Partikel dienen als Keim und werden vergrößert.
Mit Bezug auf 14 und 15 wird die Metallschicht aus amorphem Tantalnitrid in einem Hochvakuum erhitzt. Die Ta-Partikel 31 auf der Metallschicht wachsen zu einem Kristall und erodieren einen amorphen Abschnitt der Metallschicht. Somit hat die Barrierenmetallschicht 10 eine Deckfläche 10a, die mit einer unebenen Geometrie gebildet ist.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann so effizient sein wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich ermöglicht es die Barrierenmetallschicht 10 mit einer Deckfläche 10a mit einer unebenen Geometrie, dass die Grundelektrode 13 und die Barrierenmetallschicht 10 einander über eine größere Fläche und somit dichter kontaktieren, um weiter sicherzustellen, dass während des Vorgangs zum Herstellen der Halbleitervorrichtung verhindert werden kann, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 löst und zusammenfällt.
Eine fünfte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der vierten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 16 dargestellt, ist das Kontaktloch 7 z.B. mit dotierten Polysilizium gefüllt, um die Pfropfenelektrode 8 bereitzustellen. Die Pfropfenelektrode 8 ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche auf einen niedrigeren Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Ein Abschnitt des Kontaktlochs 7, der frei ist von der Pfropfenelektrode 8, ist mit Tantalnitrid gefüllt, um eine Barrierenmetallschicht 10q bereitzustellen. Die Barrierenmetallschicht 10q ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche in derselben Ebene liegt wie die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist eine Barrierenmetallschicht 10p in Kontakt mit der Barrierenmetallschicht 10n ausgebildet, die dieselbe Geometrie aufweist wie die in 12 dargestellte Barrierenmetallschicht 10. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschichten 10p und 10q bilden zusammen die Leitschicht 11.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann genauso wirkungsvoll sein wie in der vierten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich kann die einen Abschnitt des Kontaktlochs 7 füllende Barrierenmetallschicht 10q verhindern, dass sich die Barrierenmetallschichten 10p und 10q von der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablösen.
Eine sechste Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der ersten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 17 dargestellt ist auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 auf der Deckfläche 6a eine Barrierenmetallschicht 35 aus Tantalnitrid in Kontakt mit der Pfropfenelektrode 8 bereitgestellt. Die Barrierenmetallschicht 35 bedeckt die Deckfläche der Pfropfenelektrode 8 vollständig. Die Barrierenmetallschicht 35 kann z.B. aus Titan ausgebildet sein wie die Barrierenmetallschicht 10 nach der ersten Ausführungsform. Alternativ kann die Barrierenmetallschicht 35 gebildet werden, indem anfänglich Titan und dann darauf Titannitrid in einem Stapel von Schichten abgeschieden werden.
Die Barrierenmetallschicht 35 weist eine Deckfläche 35a auf, die parallel zu der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 angeordnet ist und auf einem höhere Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6, sowie eine Seitenfläche 35b, die sich von der Deckfläche 35a aus zu der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 hin erstreckt. Die Barrierenmetallschicht 35 hat eine Vertiefung 38 mit einer Öffnung in der Deckfläche 35a. Die Vertiefung 38 hat eine Grundfläche, die von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 weiter entfernt ist als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Die Barrierenmetallschicht 35 ist aufgebaut aus einer Basis 36, die auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist, und einer Seitenwand 37, die sich von einem Rand der Basis 36 aus nach oben erstreckt. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschicht 35 bilden zusammen die Leitschicht 11.
Die Grundelektrode 13 ist in die in der Barrierenmetallschicht 35 gebildete Vertiefung 38 eingepasst. Dadurch kann eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13 von einer inneren Randoberfläche der Seitenwand 37 der Metallschicht 35 gestützt werden.
Die vorliegende Halbleitervorrichtung nach der sechsten Ausführungsform enthält: ein Siliziumsubstrat 1 mit einer Hauptoberfläche 1a, das als Halbleitersubstrat dient; eine auf der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrat 1 bereitgestellte Zwischenlagenisolierschicht 6 mit einer Deckfläche 6a und einem Kontaktloch 7, das bis zu dem Siliziumsubstrat 1 reicht; eine Leitschicht 11, die das Kontaktloch 7 füllt, mit einer Deckfläche 35a, die weiter von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 entfernt ist als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6; eine Grundelektrode 13, die auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 in Kontakt mit der Leitschicht 11 bereitgestellt ist; eine dielektrische Schicht 14, die auf der Grundelektrode 13 bereitgestellt ist; und eine Deckelektrode 15, die auf der dielektrischen Schicht 14 bereitgestellt ist. Die Leitschicht 11 enthält die Basis 36, die auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ausgebildet ist, und die Seitenwand 37, die von der Basis 36 ausgeht und sich von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 weg erstreckt. Die Grundelektrode 13 ist in Kontakt mit der Basis 36 und der Seitenwand 37 ausgebildet.
Die Leitschicht 11 enthält die Barrierenmetallschicht 35, die in Kontakt mit der Grundelektrode 13 bereitgestellt ist und als Barrierenmetallschicht dient, die als anstelle von Tantalnitrid zumindest ein Material enthält, das aus der Gruppe von Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Titanwolfram, Wolframnitrid, Wolfram-Titannitrid, Zirkoniumnitrid und Titanoxynitrid ausgewählt ist. Die Grundelektrode 13 enthält Ruthenium als Metall.
Während in der vorliegenden Ausführungsform die Vertiefung 38 in der Barrierenmetallschicht 35 eine flache Grundfläche aufweist, kann sie auch eine unebene Grundfläche aufweisen, wie die in 12 dargestellte Deckfläche 10a der Barrierenmetallschicht 10. In diesem Beispiel hat der Abschnitt der Leit schicht 11, der die Grundelektrode 13 kontaktiert, eine unebene Geometrie.
Die in 2 und 3 dargestellten Schritte des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform werden von den in 18 bis 21 dargestellten Schritten gefolgt. Anschließend folgt der in 1 dargestellte Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Im folgenden werden die sich überschneidenden Herstellungsschritte nicht beschrieben.
Wie in 18 dargestellt, wird auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 auf der Deckfläche 6a die aus einer Siliziumnitridschicht gebildete Ätzstoppschicht 12 abgeschieden, und darauf wird eine aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von TEOS als Rohmaterial gebildete Zwischenlagenisolierschicht 21 abgeschieden. Darauf wird eine (nicht dargestellte) Resistschicht mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet. Unter Verwendung dieser Resistschicht als Maske werden die Siliziumoxidschicht und die Siliziumnitridschicht geätzt, um ein Kontaktloch 18 mit einer Öffnung mit einer vorbestimmten Geometrie zu bilden.
Wie in 19 dargestellt, werden die Barrierenmetallschicht 35 und die Grundelektrode 13 wie folgt gebildet: Eine Oberfläche des Kontaktlochs 18 und eine Deckfläche 21a der Zwischenlagenisolierschicht 21 werden bedeckt mit einer Metallschicht aus anfänglich abgeschiedenem Tantalnitrid und einer Metallschicht aus darauf abgeschiedenem Ruthenium.
Wie in 20 dargestellt, werden die Metallschicht aus Ruthenium und die Metallschicht aus Tantalnitrid chemisch-mechanisch poliert oder trocken- bzw. nassgeätzt, um die Deckfläche 21a der Zwischenlagenisolierschicht 21 freizulegen. Die Vertiefung, die durch die Metallschichten begrenzt ist, die in dem in der Zwischenlagenisolierschicht 21 gebildeten Kontaktloch 18 angeordnet ist, kann mit einer organischen Schutzschicht gefüllt werden, um ein Entfernen der Metallschicht zu verhindern. So werden die zylindrische Grundelektrode 13 und die Barrierenmetallschicht 35 gebildet.
Wie in 21 dargestellt, wird Nassätzen verwendet, um die Zwischenlagenisolierschicht 21 von der Ätzstoppschicht 12 zu entfernen. Gleichzeitig wird auch die Barrierenmetallschicht 35 entfernt, obwohl anzumerken ist, dass eine Ätzbedingung so eingestellt ist, dass das Barrierenmetall 35 noch die Seitenwände 37 haben kann, die eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13 umgeben.
In der so aufgebauten Halbleitervorrichtung ist die Grundelektrode 13 von der Leitschicht 11 gestützt, die auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Grundelektrode 13 gestützt durch die Seitenwand 37 der Barrierenmetallschicht 35, die als Bestandteil der Leitschicht 11 dient. Weiterhin liegt die Deckfläche 35a der Barrierenmetallschicht 35 auf einem höheren Niveau als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Somit kann, gesehen in einer Ebene parallel zu der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrat 1; die Barrierenmetallschicht 35 eine größere Querschnittsfläche haben als das Kontaktloch 7. Somit können auch wenn die Mikrofertigung einer Halbleitervorrichtung ein Kontaktloch 7 mit einer Öffnung mit einer begrenzten Fläche bewirkt, die Grundelektrode 13 und die Barrierenmetallschicht 10 trotzdem über eine größere Fläche und somit fester miteinander Kontakt haben.
Somit kann während des Vorgangs zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung verhindert werden, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablöst und zusammenfällt. Somit kann ein gewünschter Kondensa tor auch verwirklicht werden und eine in hohem Maße zuverlässige Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden. Weiterhin kann die Grundelektrode 13 ein erhöhtes Seitenverhältnis (Höhe der Elektrode/Breite der Elektrode) aufweisen, und die Halbleitervorrichtung kann somit mikrogefertigt werden.
Eine siebte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der sechsten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 22 dargestellt, ist das Kontaktloch 7 z.B. mit dotiertem Polysilizium gefüllt, um die Pfropfenelektrode 8 bereitzustellen. Die Pfropfenelektrode 8 ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche auf einem niedrigeren Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Ein Abschnitt des Kontaktlochs 7, der frei ist von der Pfropfenelektrode 8, ist mit Tantalnitrid gefüllt, um eine Barrierenmetallschicht 35n bereitzustellen. Die Barrierenmetallschicht 35n ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche in derselben Ebene liegt wie die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist eine Barrierenmetallschicht 35m in Kontakt mit der Barrierenmetallschicht 35n ausgebildet, die dieselbe Geometrie aufweist wie die in 17 dargestellte Barrierenmetallschicht 35. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschichten 35n und 35m bilden zusammen die Leitschicht 11.
Bei der Halbleitervorrichtung nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Leitschicht 11 eine Barrierenmetallschicht, die in Kontakt mit der Grundelektrode 13 bereitgestellt ist und eine Barrierenmetallschicht 35n enthält, die zum Bilden des Kontaktlochs 7 gebildet ist.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann genauso wirkungsvoll sein wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich kann die einen Abschnitt des Kontaktlochs 7 füllende Barrierenmetallschicht 35n verhindern, dass sich die Barrierenmetallschichten 35n und 35m von der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablösen.
Eine achte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der sechsten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 23 dargestellt, ist das Kontaktloch 7 z.B. mit dotierten Polysilizium gefüllt, um die Pfropfenelektrode 8 bereitzustellen. Die Pfropfenelektrode 8 ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche auf einem niedrigeren Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Eine Deckfläche der Pfropfenelektrode 8, eine Seitenwand des Kontaktlochs 7 und ein Abschnitt der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 sind mit der Barrierenmetallschicht 35 bedeckt. Die Barrierenmetallschicht 35 ist gebildet aus: einem Vorsprung, der so ausgebildet ist, dass er eine Deckfläche der Pfropfenelektrode 8 und eine Seitenwand des Kontaktlochs 7 bedeckt; einer Basis 36, die auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist; und einer Seitenwand 37, die sich von einem Rand der Basis 36 aus nach oben erstreckt.
Die Barrierenmetallschicht 35 hat eine Vertiefung 38 mit einer Öffnung an der Deckfläche 35a und eine Vertiefung 41 mit einer Öffnung an einer Grundfläche der Vertiefung 38. Die Grundfläche der Vertiefung 38 ist weiter von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 entfernt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Die Grundfläche der Vertiefung 41 ist weniger weit von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 entfernt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6.
Die Grundelektrode 13 wird in die Vertiefungen 38 und 41 der Barrierenmetallschicht 35 eingepasst. Somit hat die Grundelektrode 13 eine gestufte äußere Randoberfläche, die durch die Öffnungen 38 und 41 gestützt wird.
In der vorliegenden Halbleitervorrichtung nach der achten Ausführungsform enthält die Leitschicht 11 weiter die Vertiefung 41 mit einer Öffnung in einer Ebene, die die Grundelektrode 13 kontaktiert, und die Grundelektrode 13 füllt die Vertiefung 41.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann genauso wirkungsvoll sein wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich ermöglicht es die Barrierenmetallschicht 35 mit der Vertiefung 41, dass die Grundelektrode 13 und die Barrierenmetallschicht 35 einander über eine größere Fläche und somit fester kontaktieren. Weiterhin ist die Grundelektrode 13 in die Vertiefungen 38 und 41 der Barrierenmetallschicht 35 eingepasst. Das stellt weiter sicher, dass während des Vorgangs zum Herstellen der Halbleitervorrichtung verhindert werden kann, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablöst und zusammenfällt.
Eine neunte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der achten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 24 dargestellt, sind in dem Kontaktloch 7 die Pfropfenelektrode 8, eine auf der Pfropfenelektrode 8 bereitgestellte Barrierenmetallschicht 35q und eine auf der Barrierenmetallschicht 35q bereitgestellte Barrierenmetallschicht 35p mit identischer Geometrie wie die in 23 dargestellte Bar rierenmetallschicht 35 gebildet. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschichten 35p und 35q bilden zusammen die Leitschicht 11.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann so wirkungsvoll sein wie in der achten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich kann die Barrierenmetallschicht 35p, die mit der dazwischenliegenden Barrierenmetallschicht 35q auf der Pfropfenelektrode 8 ausgebildet ist, verhindern, dass die Barrierenmetallschicht auf einer Deckfläche der Pfropfenelektrode 8 eine geringe Dicke aufweist. Das stellt weiter sicher, dass eine Reaktion zwischen der Pfropfenelektrode 8 aus Polysilizium und der Grundelektrode 13 aus Ruthenium verhindert werden kann.
Eine zehnte Ausführungsform stellt eine Halbleitervorrichtung bereit, die sich von der der ersten Ausführungsform hauptsächlich in einem Aufbau auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 25 dargestellt, ist die Zwischenlagenisolierschicht 6 aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung unter Verwendung von BPTEOS mit einem relativ geringen Phosphor- und Boranteil als Rohmaterial ausgebildet. Auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist auf der Deckfläche 6a eine Isolierschicht 51 ausgebildet, die ein Loch aufweist, das einen Teil der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 und eine Deckfläche der Pfropfenelektrode 8 freilegt. Die Isolierschicht 51 ist aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von BPTEOS mit einem relativ hohen Phosphor- und Boranteil als Rohmaterial gebildet. Auf der Isolierschicht 51 ist die Ätzstoppschicht 12 ausgebildet mit einem Loch, das einen kleineren Durchmesser hat als das in der Isolierschicht 51 ausgebildete Loch. Die Ätzstoppschicht 12 ist aus Siliziumnitrid ausgebildet. Auf der Zwischenlagenisolierschicht begrenzen auf der Deckfläche 6a eine Oberfläche des in der Zwischenlagenisolierschicht 51 ausgebildeten Lochs und eine Grundfläche der Ätzstoppschicht 12, die der Deckfläche 6a gegenüberliegt, zusammen eine seitliche Ausnehmung 53. Die Isolierschicht 51 und die Ätzstoppschicht 12 bilden zusammen eine Halteschicht 52. Es sei angemerkt, dass die Zwischenlagenisolierschicht 6 aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von TEOS als Rohmaterial gebildet sein kann und dass die Zwischenlagenisolierschicht 51 aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von BPTEOS als Rohmaterial gebildet sein kann.
Auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist auf der Deckfläche 6a die Grundelektrode 13 aus Ruthenium ausgebildet. Die Grundelektrode 13 weist einen Vorsprung 13t auf, der von einer äußeren Randoberfläche der Grundelektrode 13 nach außen ragt. Die Grundelektrode 13 ist so ausgebildet, dass der Vorsprung 13t in die seitliche Ausnehmung 53 eingepasst ist.
Nach der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt mit: einem Siliziumsubstrat 1 mit einer Hauptoberfläche 1a; einer Zwischenlagenisolierschicht 6, die auf der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 bereitgestellt ist, mit einer Deckfläche 6a und einem Kontaktloch 7, das das Siliziumsubstrat 1 erreicht; einer Pfropfenelektrode 8, die das Kontaktloch 7 füllt und als Leitschicht dient; einer Halteschicht 52, die auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist und die seitliche Ausnehmung 53 aufweist, die sich entlang der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 erstreckt; einer Grundelektrode 13 mit einem Vorsprung 13t, der die seitliche Ausnehmung 53 füllt und die Pfropfenelektrode 8 kontaktiert; einer dielektrischen Schicht 14, die auf der Grundelektrode 13 angeordnet ist; und einer Deckelektrode 15, die auf der dielektrischen Schicht 14 angeordnet ist.
Die in 2 und 3 dargestellten Schritte des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform werden von den in 26 bis 30 dargestellten Schritten gefolgt. Anschließend folgt der in 1 dargestellte Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Im folgenden werden die sich überschneidenden Herstellungsschritte nicht beschrieben.
Wie in 26 dargestellt wird, werden auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 auf der Deckfläche 6a nacheinander eine aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von BPTEOS mit einem relativ hohen Phosphor- und Boranteil gebildete Isolierschicht 51, eine aus einer Siliziumnitridschicht gebildete Ätzstoppschicht 12 und eine aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von BPTEOS mit relativ geringem Phosphor- und Boranteil gebildete Zwischenlagenisolierschicht 21 abgeschieden. Darauf wird eine (nicht dargestellte) Resistschicht mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet. Unter Verwendung dieser Resistschicht als Maske werden die abgeschiedenen Siliziumoxid- und Nitridschichten geätzt, um ein Kontaktloch 59 mit einer Öffnung mit einer vorbestimmten Geometrie zu bilden.
Wie in 27 dargestellt, wird die Isolierschicht 51 isotrop geätzt, um die seitliche Ausnehmung 53 an einer vorbestimmten Stelle zu bilden. Dadurch, dass die Isolierschicht 51 und die Zwischenlagenisolierschichten 6 und 21 verschiedene Phosphor- und Boranteile aufweisen, kann dabei eine hohe Ätzselektivität relativ zu den Zwischenlagenisolierschichten 6 und 21 erreicht werden. Auch wenn das isotrope Ätzen der Isolierschicht 51 ebenfalls bewirkt, dass die Zwischenlagenisolierschichten 6 und 21 zurückweichen, kann durch das Bewirken eines weiteren Zurückweichen der Isolierschicht 51 die seitliche Ausnehmung 53 mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet werden.
Wie in 28 dargestellt, wird die Grundelektrode 13 wie folgt gebildet: Eine Metallschicht aus Ruthenium wird abgeschieden, um eine Oberfläche des Kontaktlochs 59 und die Deckfläche 21a der Zwischenlagenisolierschicht 21 zu bedecken und auch um die seitliche Ausnehmung 53 zu füllen.
Wie in 29 dargestellt, wird die Metallschicht aus Ruthenium chemisch-mechanisch poliert oder trocken- bzw. nassgeätzt, um die Deckfläche 21a der Zwischenlagenisolierschicht 21 freizulegen. Die Vertiefung, die durch eine Metallschicht begrenzt ist, die in dem in der Zwischenlagenisolierschicht 21 gebildeten Kontaktloch 59 angeordnet ist, kann mit einer organischen Schutzschicht gefüllt werden, um ein Entfernen der Metallschicht zu verhindern. So wird die zylindrische Grundelektrode 13 gebildet.
Mit Bezug auf 30 wird Nassätzen verwendet, um die Zwischenlagenisolierschicht 21 von der Ätzstoppschicht 12 zu entfernen.
In der so aufgebauten Halbleitervorrichtung ist der Vorsprung 13t der Grundelektrode 13 in die von der Halteschicht 52 gebildete seitliche Ausnehmung 53 eingepasst. Weiterhin wird der Vorsprung 13t von der als Bestandteil der Halteschicht 52 dienenden Ätzstoppschicht 12 gegen die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 gedrückt. Somit kann während eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung verhindert werden, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ablöst und zusammenfällt. Somit kann ein gewünschter Kondensatoraufbau verwirklicht werden, und eine in hohem Maße zuverlässige Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden. Weiterhin kann die Grundelektrode 13 ein größeres Seitenverhältnis (Höhe der Elektrode/Breite der Elektrode) aufweisen, und die Halbleitervorrichtung kann somit mikrogefertigt werden.
Eine elfte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der zehnten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 31 dargestellt, ist das Kontaktloch 7 z.B. mit dotierten Polysilizium gefüllt, um die Pfropfenelektrode 8 bereitzustellen. Die Pfropfenelektrode 8 ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche auf einem niedrigeren Niveau liegt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6. Ein Abschnitt des Kontaktlochs 7, der frei ist von der Pfropfenelektrode 8, ist mit Tantalnitrid gefüllt, um eine Barrierenmetallschicht 54n bereitzustellen. Die Barrierenmetallschicht 54n ist so ausgebildet, dass ihre Deckfläche in derselben Ebene liegt wie die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6.
Eine Barrierenmetallschicht 54m ist so ausgebildet, dass sie die Barrierenmetallschicht 54n kontaktiert und auch eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13 bedeckt. Die Barrierenmetallschicht 54m ist so ausgebildet, dass sie sich auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 über die seitliche Ausnehmung 53 zu der äußeren Randfläche der Grundelektrode 13 hin erstreckt. Die Pfropfenelektrode 8 und die Barrierenmetallschichten 54n und 54m bilden zusammen die Leitschicht 11.
Eine Deckfläche 54a der Barrierenmetallschicht 54m liegt auf einem niedrigeren Niveau als die Deckfläche 13a der Grundelektrode 13. Die Grundelektrode 13 weist an ihrem oberen Ende eine Öffnung auf. Als solche ist sie typischerweise so gebildet, dass sie sich nach außen erstreckt, da sie von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 weiter entfernt ist. Durch Bilden der Barrierenmetallschicht 54m an einer äußeren Randoberfläche der Grundelektrode 13, so dass sie auf einem niedrigeren Niveau liegt als die Grundelektrode 13, kann verhindert werden, dass benachbarte Grundelektroden 13 einander kontaktieren und kurzschließen.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann ebenso wirkungsvoll sein wie in der zehnten Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich kann die sich entlang einer äußeren Randoberfläche der Grundelektrode 13 nach oben erstreckende Barrierenmetallschicht 54m dazu dienen, die Grundelektrode 13 zu stützen. Das stellt weiter sicher, dass während des Vorgangs zum Herstellen der Halbleitervorrichtung verhindert werden kann, dass die Grundelektrode 13 sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 löst und zusammenfällt. Weiterhin kann die zwischen der Grundelektrode 13 aus Ruthenium und der Pfropfenelektrode 8 aus Polysilizium bereitgestellte Barrierenmetallschicht 54m verhindern, dass die Elektroden 8 und 13 miteinander reagieren. Weiterhin kann die zwischen der Pfropfenelektrode 8 und der Barrierenmetallschicht 54m bereitgestellte Barrierenmetallschicht 54n verhindern, dass die Barrierenmetallschicht 54m eine verringerte Dicke aufweist, was bewirken würde, dass die Elektroden 8 und 13 miteinander reagieren.
Eine zwölfte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der zehnten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 und der seitlichen Ausnehmung unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 32 dargestellt, ist auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 eine Ätzstoppschicht 12 mit einem Loch ausgebildet. An der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 ist eine Ausnehmung mit einer Öffnung bereitgestellt, die einen größeren Durchmesser hat als das Loch der Ätzstoppschicht 12. Eine Oberfläche der Zwischenlagenisolierschicht 6, die die Ausnehmung begrenzt, und eine Grundfläche der Ätzstoppschicht 12, die einer Grundfläche der Ausnehmung gegenüberliegt, begrenzen zusam men eine seitliche Ausnehmung 61. Die Grundelektrode 13 weist auf ihrem Grund einen Vorsprung 13t auf, der in die seitliche Ausnehmung 61 eingepasst ist. Ähnlich wie in der elften Ausführungsform mit Bezug auf die in 31 dargestellte Halbleitervorrichtung beschrieben, füllt die Barrierenmetallschicht 54n einen Abschnitt des Kontaktlochs 7. Weiterhin ist die Barrierenmetallschicht 54m so ausgebildet, dass sie die Barrierenmetallschicht 54n kontaktiert und auch eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13 bedeckt.
Bei der vorliegenden Halbleitervorrichtung nach der zwölften Ausführungsform ist die seitliche Ausnehmung 61 weniger von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 entfernt als die Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann ebenso wirkungsvoll sein wie in der elften Ausführungsform beschrieben. Zusätzlich ist die seitliche Ausnehmung 61 von der Zwischenlagenisolierschicht 6 und der Ätzstoppschicht 12 begrenzt. Das kann die Notwendigkeit beseitigen, zum Bilden der seitlichen Ausnehmung 61 eine zusätzliche Isolierschicht verwenden zu müssen. Somit kann die Halbleitervorrichtung mit einer verringerten Anzahl von Herstellungsschritten hergestellt werden.
Eine dreizehnte Ausführungsform liefert eine Halbleitervorrichtung, die sich von der der zehnten Ausführungsform in dem Aufbau der Leitschicht 11 und der seitlichen Ausnehmung unterscheidet. Dementsprechend wird der sich überschneidende Aufbau nicht beschrieben.
Wie in 33 dargestellt, ist eine als Halteschicht und dielektrische Schicht dienende dielektrische Schicht 14 zum Bedecken der Grundelektrode 13 und der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 bereitgestellt. Die Zwischenlagenisolierschicht 6 ist so ausgebildet, dass sie einen Abschnitt auf weist, der weiter außerhalb gelegen ist als eine äußere Randoberfläche der Pfropfenelektrode 8 und der von der Deckfläche 6a zurückweicht. Eine Oberfläche des zurückweichenden Abschnitts der Zwischenlagenisolierschicht 6 und einer Oberfläche der dielektrischen Schicht 14, die dem zurückweichenden Abschnitt der Zwischenlagenisolierschicht 6 gegenüberliegt, begrenzen zusammen eine seitliche Ausnehmung 63. Die Grundelektrode 13 weist an ihrem Grund einen sich radial erstreckenden Vorsprung 13t auf, der in die seitliche Ausnehmung 63 eingepasst werden soll. Ähnlich wie in der elften Ausführungsform mit Bezug auf die in 31 dargestellte Halbleitervorrichtung beschrieben, ist die Barrierenmetallschicht 54 bereitgestellt, um die Pfropfenelektrode 8 zu kontaktieren und auch um eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13 zu bedecken.
Die so aufgebaute Halbleitervorrichtung kann ebenso wirkungsvoll sein wie in der elften Ausführungsform beschrieben. zusätzlich wird die seitliche Ausnehmung 63 von der Zwischenlagenisolierschicht 6 und der dielektrischen Schicht 14 begrenzt. Das kann die Notwendigkeit beseitigen, zum Bilden der seitlichen Ausnehmung 63 eine zusätzliche Isolierschicht zu verwenden. Die Halbleitervorrichtung kann mit einer weiter verringerten Anzahl von Herstellungsschritten hergestellt werden.
Eine vierzehnte Ausführungsform stellt eine Halbleitervorrichtung bereit mit einem Aufbau, der sich mit dem der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform überschneidet. Im Folgenden wird hauptsächlich der Aufbau beschrieben, der sich von der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Wie in 34 dargestellt, weist das Siliziumsubstrat ähnlich wie in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die in 1 dargestellte Halbleitervorrichtung beschrieben, eine Hauptoberfläche 1a auf, auf der Gateelektroden 4a, 4b und 4c und Iso liermasken 5a, 5b und 5c ausgebildet sind, wobei Gateisolierschichten 3a, 3b und 3c dazwischenliegen. In dem Siliziumsubstrat 1 sind an der Hauptoberfläche 1a zwischen den Gateelektroden 4a, 4b und 4c n-dotierte Bereiche 2a und 2b ausgebildet.
Die Zwischenlagenisolierschicht 6, die die Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 und eine Deckfläche jedes der Isolierschichtmasken 5a, 5b und 5c bedeckt, ist mit Kontaktlöchern 7a und 7b versehen, die die dotierten Bereiche 2a und 2b erreichen. Die Kontaktlöcher 7a und 7b sind z.B. mit dotiertem Polysilizium gefüllt, um Pfropfenelektroden 8a und 8b zu bilden. Auf der Zwischenlagenisolierschicht ist auf der Deckfläche 6a die Ätzstoppschicht 12 mit einer Öffnung über den Pfropfenelektroden 8a und 8b ausgebildet.
Grundelektroden 13m und 13n sind in Kontakt mit den Pfropfenelektroden 8a und 8b ausgebildet. Die Grundelektroden 13m und 13n weisen einen zylindrischen Abschnitt 72 auf, der auf der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 angeordnet ist und sich von der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 weg erstreckt. Der zylindrische Abschnitt 72 hat ein oberes Ende, das die Deckfläche 13a der Grundelektrode 13m und 13n bildet. Die Oberflächen der Grundelektroden 13m und 13n sind mit einer dielektrischen Schicht 14 bedeckt. Die dielektrische Schicht 14 ist mit der Deckelektrode 15 bedeckt.
Wie in 34 und 35 dargestellt, werden eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13m, die näher an der Deckfläche 13a liegt, und eine äußere Randoberfläche der Grundelektrode 13n, die näher an der Deckfläche 13a liegt, über eine aus einer Siliziumnitridschicht gebildete Isolierschicht 71 miteinander verbunden. Ein Ende 71e der Isolierschicht 71 ist mit der Grundelektrode 13m verbunden, und das andere Ende 71f ist mit der Grundelektrode 13n verbunden. Die Deckfläche 13a der Grund elektroden 13m und 13n und eine Deckfläche 71a der Isolierschicht 71 liegen in einer einzigen Ebene. Die Isolierschicht 71 hat einen rechteckigen Querschnitt und ist sich linear erstreckend ausgebildet.
Die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Halbleitervorrichtung bereit mit: einem Siliziumsubstrat 1 mit einer Hauptoberfläche 1a; einer Zwischenlagenisolierschicht 6, die auf der Hauptoberfläche 1a des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet ist, mit einer Deckfläche 6a und einer Mehrzahl von Kontaktlöchern 7a und 7b, die das Siliziumsubstrat 1 erreichen; Pfropfenelektroden 8a und 8b, die als erste und zweite Leitschicht dienen, die jedes der Kontaktlöcher 7a und 7b füllen; Grundelektroden 13m und 13n, die sich von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 weg erstrecken, einen zylindrischen Abschnitt 72 aufweisen, der als mit einer Deckfläche 13a versehener Abschnitt dient, und als erste und zweite Grundelektroden dienen, die in Kontakt mit den Pfropfenelektroden 8a und 8b ausgebildet sind; einer Isolierschicht 71, die näher an der Deckfläche 13a des zylindrischen Abschnitts 72 ausgebildet ist und von der das eine und das andere Ende 71e und 71f jeweils mit der Grundelektroden 13m bzw. 13n verbunden ist; einer dielektrische Schicht 14, die auf den Grundelektroden 13m und 13n angeordnet ist; und einer Deckelektrode 15, die auf der dielektrischen Schicht 14 bereitgestellt ist.
Die Deckfläche 71a der Isolierschicht 71 liegt im wesentlichen in derselben Ebene wie die Deckfläche 13a des zylindrischen Abschnitts 72.
Die in 2 und 3 dargestellten. Schritte des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform werden von den in 36 bis 42 dargestellten Schritten gefolgt, und danach folgt der in 1 dargestellte Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Im folgenden werden die sich überschneidenden Herstellungsschritte nicht beschrieben.
Wie in 36 dargestellt, wird auf der Zwischenlagenisolierschicht 6 auf der Deckfläche 6a anfänglich die aus einer Siliziumnitridschicht gebildete Ätzstoppschicht 12 abgeschieden, und darauf wird eine aus einer Siliziumoxidschicht unter Verwendung von TEOS als Rohmaterial gebildete Zwischenlagenisolierschicht 76 abgeschieden. Wie in 37 dargestellt, wird darauf eine nicht dargestellte Resistschicht mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet. Unter Verwendung der Resistschicht als Maske wird die Zwischenlagenisolierschicht 76 geätzt, um einen Graben 78 zu bilden, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich linear erstreckt.
Wie in 38 dargestellt, wird der Graben 78 mit einer Siliziumnitridschicht gefüllt, um die Isolierschicht 71 zu bilden. Dabei wird ein Vorgang durchgeführt, der es erlaubt, dass die Deckflächen 76a und 71a der Zwischenlagenisolierschicht 76 bzw. der Isolierschicht 71 in einer einzigen Ebene liegen.
Wie in 39 dargestellt, wird auf der Isolierschicht 71 und der Zwischenlagenisolierschicht 76 eine (nicht dargestellte) Resistschicht mit einem Öffnungsmuster mit einer vorbestimmten Geometrie gebildet. Unter Verwendung der Resistschicht als Maske werden die Isolierschicht 71, die Zwischenlagenisolierschicht 76 und die Ätzstoppschicht 12 geätzt, um Kontaktlöcher 18a und 18b zu bilden.
Wie in 40 dargestellt, werden die Grundelektroden 13m und 13n wie folgt gebildet: Eine Metallschicht aus Ruthenium wird abgeschieden, um eine Oberfläche der Kontaktlöcher 18a und 18b und die Deckfläche 76a der Zwischenlagenisolierschicht 76 zu bedecken.
Wie in 41 dargestellt, wird die Metallschicht aus Ruthenium chemisch-mechanisch poliert oder trocken- bzw. nassgeätzt, um die Deckfläche 76a der Zwischenlagenisolierschicht 76 freizulegen. Die Vertiefung, die durch eine Metallschicht begrenzt ist, die in den in der Zwischenlagenisolierschicht 76 gebildeten Kontaktlöchern 18a und 18b angeordnet ist, kann mit einer organischen Schutzschicht gefüllt werden, um ein Entfernen der Metallschicht zu verhindern. So werden die zylindrische Grundelektroden 13m und 13n gebildet.
Wie in 42 dargestellt, wird Nassätzen verwendet, um die Zwischenlagenisolierschicht 76 von der Ätzstoppschicht 12 zu entfernen. Wie in 43 dargestellt, verbleibt eine aus einer Siliziumnitridschicht gebildete Isolierschicht 71 und verbindet jeweils die äußeren Randoberflächen der Grundelektroden 13m und 13n miteinander.
In der so aufgebauten Halbleitervorrichtung werden die Grundelektroden 13m und 13n von der Isolierschicht 71 gestützt, die mit ihren jeweiligen äußeren Randoberflächen verbunden ist. So kann verhindert werden, dass die Grundelektroden 13m und 13n sich während des Vorgangs zum Herstellen der Halbleitervorrichtung von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 lösen und zusammenfallen. Weiterhin ist die Zwischenlagenisolierschicht 71 mit den Grundelektroden 13m und 13n in der Nähe der Deckfläche 13a verbunden. Somit ist ein oberer Abschnitt der Deckelektroden 13m und 13n von der Zwischenlagenisolierschicht 71 gestützt, und ein unterer Abschnitt ist von der Deckfläche 6a der Zwischenlagenisolierschicht 6 und denjenigen der Pfropfenelektroden 8a und 8b gestützt. So können die Grundelektroden 13m und 13n fester gestützt werden. Diese Wirkung kann besonders erzielt werden, wenn die jeweiligen Deckflächen 13a und 71a der Grundelektroden 13m und 13n bzw. der Isolier schicht 71 wie in der Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform in einer einzigen Ebene liegen.
So kann ein gewünschter Kondensatoraufbau verwirklicht werden, und eine in hohem Maße zuverlässige Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden. Weiterhin können die Grundelektroden 13m und 13n ein erhöhtes Seitenverhältnis (Höhe der Elektrode/Breite der Elektrode) aufweisen, so dass die Halbleitervorrichtung mikrogefertigt werden kann.

Claims

Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptoberfläche (1a), einer Zwischenlagenisolierschicht (6), die auf der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet ist, mit einer Deckfläche (6a) und einem Loch (7), das das Halbleitersubstrat (1) erreicht, einer Leitschicht (11) mit einer Seitenfläche (10b) und einer Deckfläche (10a), die sich von der Seitenfläche (10b) aus erstreckt und deren Abstand von der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) größer ist als ein Abstand zwischen der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) und der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6), wobei die Leitschicht (11) das Loch (7) füllt, einer Grundelektrode (13), die in Kontakt mit der Deckfläche (10a) und der Seitenfläche (10b) der Leitschicht (11) bereitgestellt ist, einer dielektrischen Schicht (14), die auf der Grund elektrode (13) bereitgestellt ist, und einer Deckelektrode (15), die auf der dielektrischen Schicht (14) bereitgestellt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leitschicht (11) eine Barrierenmetallschicht (10) enthält, die in Kontakt mit der Grundelektrode (13) bereitgestellt ist und aus der Gruppe von Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Titan-Wolfram, Wolframnitrid, Wolfram-Titan-Nitrid, Zirkoniumnitrid und Titanoxynitrid zumindest eines ausgewähltes enthält, und die Grundelektrode (13) Metall enthält.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Leitschicht (11) eine Barrierenmetallschicht (10) enthält, die in Kontakt mit der Grundelektrode (13) bereitgestellt ist und von der ein Abschnitt (10n) zum Füllen des Lochs (7) ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Abschnitt der Leitschicht (11), der Kontakt zu der Grundelektrode (13) hat, eine unebene Geometrie aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Leitschicht (11) eine Vertiefung (25) aufweist mit einer Öffnung in der Deckfläche (10a) der Leitschicht (11) und die Grundelektrode (13) so ausgebildet ist, dass sie die Vertiefung (25) füllt.
Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptoberfläche (1a), einer Zwischenlagenisolierschicht (6), die auf der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet ist, mit einer Deckfläche (6a) und einem Loch (7), das das Halbleitersubstrat (1) erreicht, einer Leitschicht (11) mit einer Deckfläche (35a), deren Abstand von der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) größer ist als ein Abstand zwischen der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) und der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6), wobei die Leitschicht (11) das Loch (7) füllt und eine Basis (36), die auf der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6) ausgebildet ist, sowie eine Seitenwand (37) aufweist, die von der Basis (36) ausgeht und sich weg von der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) erstreckt, einer Grundelektrode (13), die auf der Zwischenlagenisolierschicht (6) in Kontakt mit der Basis (36) und der Seitenwand (37) bereitgestellt ist, einer dielektrischen Schicht (14), die auf der Grund elektrode (13) bereitgestellt ist, und einer Deckelektrode (15), die auf der dielektrischen Schicht (14) bereitgestellt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Leitschicht (11) eine Barrierenmetallschicht (35) enthält, die in Kontakt mit der Grundelektrode (13) bereitgestellt ist und aus der Gruppe von Titan, Tantal, Titannitrid, Tantalnitrid, Titan-Wolfram, Wolframnitrid, Wolfram-Titan-Nitrid, Zirkoniumnitrid und Titanoxynitrid zumindest eines ausgewähltes enthält, und die Grundelektrode (13) Metall enthält.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Leitschicht (11) eine Barrierenmetallschicht (35) enthält, die in Kontakt mit der Grundelektrode (13) bereitgestellt ist und von der ein Abschnitt (35n) zum Füllen des Lochs (7) ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der ein Abschnitt der Leitschicht (11), der Kontakt zu der Grundelektrode (13) hat, eine unebene Geometrie aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die Leitschicht (11) eine Vertiefung (41) aufweist mit einer Öffnung in einer Ebene, die Kontakt zu der Grundelektrode (13) hat, und die Grundelektrode (13) so ausgebildet ist, dass sie die Vertiefung (41) füllt.
Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptoberfläche (1a), einer Zwischenlagenisolierschicht (6), die auf der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet ist, mit einer Deckfläche (6a) und einem Loch (7), das das Halbleitersubstrat (1) erreicht, einer Leitschicht (8), die das Loch (7) füllt, einer Halteschicht (52), die auf der Zwischenlagenisolierschicht (6) ausgebildet ist und eine seitliche Ausnehmung (53) aufweist, die sich entlang der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6) erstreckt, einer Grundelektrode (13), die in Kontakt mit der der Leitschicht (8) bereitgestellt ist, und einen Vorsprung (13t) aufweist, die die seitliche Ausnehmung (53) füllt, einer dielektrischen Schicht (14), die auf der Grundelektrode (13) bereitgestellt ist, und einer Deckelektrode (15), die auf der dielektrischen Schicht (14) bereitgestellt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Abstand der seitlichen Ausnehmung (53) von der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) größer ist als derjenige der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6).
Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (1) mit einer Hauptoberfläche (1a), einer Zwischenlagenisolierschicht (6), die auf der Hauptoberfläche (1a) des Halbleitersubstrats (1) ausgebildet ist, mit einer Deckfläche (6a) und einem ersten und einem zweiten Loch (7a, 7b), die das Halbleitersubstrat (1) erreichen, einer ersten und einer zweiten Leitschicht (8a, 8b), die jeweils das erste bzw. das zweit e. Loch (7a, 7b) füllen, einer ersten und einer zweiten Grundelektrode (13m, 13n), die jeweils in Kontakt mit der ersten bzw. der zweiten Leitschicht (8a, 8b) bereitgestellt sind und sich von der Deckfläche (6a) der Zwischenlagenisolierschicht (6) weg erstrecken und von denen jede einen Abschnitt (72) mit einer Deckfläche (13a) aufweist, einem Isolator (71), der an dem an die Deckfläche (13a) der ersten und der zweiten Grundelektrode (13m, 13n) angrenzenden Abschnitt (72) angeordnet ist, dessen eines Ende (71e) mit der ersten Grundelektrode (13m) verbunden ist und dessen anderes Ende mit der zweiten Grundelektrode (13n) verbunden ist, einer dielektrischen Schicht (14), die auf der ersten und der zweiten Grundelektrode (13m, 13n) bereitgestellt ist, und einer Deckelektrode (15), die auf der dielektrischen Schicht (14) bereitgestellt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Isolator (71) eine Deckfläche (71a) aufweist und die Deckfläche (71a) des Isolators (71) sowie die Deckfläche (13a) der ersten und der zweiten Grundelektrode (13m, 13n) im Wesentlichen in einer einzigen Ebene liegen.